[이미디어= 황원희 기자] 최근 연구진은 소변과 폐수에서 발견되는 요소를 활용해 수소를 생성하는 두 가지 독특한 전기분해 시스템을 개발했다. 이 시스템은 에너지 효율성과 비용 효율성이 뛰어나며, 지속 가능한 에너지원으로서 큰 주목을 받고 있다.

전통적으로 수소는 물을 전기분해하여 산소와 수소로 분리하는 방식으로 생산된다. 그러나 이 과정은 에너지 집약적이어서 화석 연료에서 수소를 추출하는 방식(회색 수소)에 비해 비용이 많이 든다. 회색 수소는 탄소 배출량이 높아 환경에 부정적인 영향을 미친다.

반면, 요소에서 수소를 생성하는 전기분해 시스템은 훨씬 적은 에너지를 사용한다. 그러나 기존의 요소 기반 시스템은 낮은 효율성과 독성 부산물 생성이라는 문제를 안고 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 호주 탄소 과학 및 혁신 우수성 연구 위원회(COE-CSI)와 애들레이드 대학의 연구진이 새로운 시스템을 개발한 것이다.

COE-CSI의 야오 정 교수는 "우리의 시스템은 회색 수소 생산 비용과 비슷하거나 더 저렴한 비용으로 녹색 수소를 생산할 수 있다"며, "두 시스템 모두 물 분해 시스템보다 20~27% 적은 전력을 사용한다"고 밝혔다.

이 연구 결과는 각각 Angewandte Chemie International(앙게반테 케미 인터내셔널)과 Nature Communications(네이처 커뮤니케이션즈)에 게재되었다. 정 교수는 "수소 생산 비용을 줄이는 것이 중요하지만, 탄소 중립적인 방식으로 진행되어야 한다"고 강조했다.

새로운 시스템은 인간 소변을 사용해 요소를 공급한다. 소변은 하수나 폐수에서도 얻을 수 있어, 질소 함유 폐기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 연구진은 소변의 염화물 이온이 촉매 부식을 유발하는 문제를 해결하기 위해 새로운 반응 메커니즘을 발견했다.

COE-CSI의 시장 차오 교수는 "첫 번째 시스템은 저비용 수소 생산을 위한 혁신적이고 고효율의 무막 요소 전기분해 시스템이다. 두 번째 시스템은 탄소 지지체에 백금 기반 촉매를 사용해 소변에서 수소를 생성하는 새로운 염소 매개 산화 메커니즘을 개발했다"고 설명했다.

백금과 같은 귀금속 촉매의 대안으로, 연구진은 탄소 지지체에 기반한 비귀금속 촉매를 개발 중이다. 이를 통해 폐수 환경을 개선하고 녹색 수소를 보다 저렴하게 회수할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 지속 가능한 에너지 생산의 새로운 가능성을 제시하며, 향후 에너지 산업의 패러다임을 바꿀 중요한 발걸음으로 평가받고 있다. 연구진은 앞으로도 지속적인 연구를 통해 시스템을 더욱 발전시켜 나갈 계획이다.

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